第八章现代物理方法的应用
第八章 现代物理方法的应用
第一节电磁波的一般概念 光的频率与波长 光是电磁波,有波长和频率两个特征。电磁波包括了一个极广阔的 区域,从波长只有千万分之一纳的宇宙线到波长用米,甚至千米计 的无线电波都包括再内,每种波长的光的频率不一样,但光速都一样 即3×1010cm/s 波长与频率的关系为:=c/ υ=频率,单位:赫(HZ); 入=波长,单位:厘米(cm),表示波长的单位很多 如:1nm=107cm=10um2=300nm的光,它的频率为(1HZ=1S1) 3×10cm/s 300×10cm 频率的另一种表示方法是用波数,即在1cm长度内波的数目。如波长 为300nm的光的波数为1/300×10-=3333cm1
第一节 电磁波的一般概念 一、光的频率与波长 光是电磁波，有波长和频率两个特征。电磁波包括了一个极广阔的 区域，从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长用米，甚至千米计 的无线电波都包括再内，每种波长的光的频率不一样，但光速都一样 即3×1010cm/s。 波长与频率的关系为：υ= c /λ υ=频率，单位：赫（HZ）； λ=波长，单位：厘米（cm），表示波长的单位很多。 如：1nm=10-7cm=10-3μm λ=300nm的光，它的频率为（1HZ=1S-1） υ = c λ = 3 10 10 cm/s 300 10 -7 × cm × = 10 15 s -1 频率的另一种表示方法是用波数，即在1cm长度内波的数目。如波长 为300nm的光的波数为1/300×10-7=33333/cm-1
光的能量及分子吸收光谱 1光的能量 每一种波长的电磁辐射时都伴随着能量 E=hu=hc/h-普郎克常数(6626×1034JS) 2分子吸收光谱 分子吸收幅射,就获得能量,分子获得能量后,可以增加原子 的转动或振动,或激发电子到较高的能级。但它们是量子化的, 因此只有光子的能量恰等于两个能级之间的能量差时(即△E) 才能被吸收。所以对于某一分子来说,只能吸收某一特定频率的 辐射,从而引起分子转动或振动能级的变化,或使电子激发到较 高的能级,产生特征的分子光谱
二、光的能量及分子吸收光谱 1.光的能量 每一种波长的电磁辐射时都伴随着能量。 E=hυ=hc/λ h-普郎克常数（6.626×10-34J.S） 2.分子吸收光谱 分子吸收幅射，就获得能量，分子获得能量后，可以增加原子 的转动或振动，或激发电子到较高的能级。但它们是量子化的， 因此只有光子的能量恰等于两个能级之间的能量差时（即ΔE） 才能被吸收。所以对于某一分子来说，只能吸收某一特定频率的 辐射，从而引起分子转动或振动能级的变化，或使电子激发到较 高的能级，产生特征的分子光谱
分子吸收光谱可分为三类: (1)转动光谱 分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁,转动能级 之间的能量差很小,位于远红外及微波区内,在有机化学中用处 不大。 (2)振动光谱 分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁,吸收波长大多位于 25~16um内(中红外区内),因此称为红外光谱。 (3)电子光谱 分子所吸收的光能使电子激发到较高能级(电子能级的跃迁) 吸收波长在100400m,为紫外光谱
分子吸收光谱可分为三类： （1）转动光谱 分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁，转动能级 之间的能量差很小，位于远红外及微波区内，在有机化学中用处 不大。 （2）振动光谱 分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁，吸收波长大多位于 2.5~16μm内(中红外区内),因此称为红外光谱。 （3）电子光谱 分子所吸收的光能使电子激发到较高能级（电子能级的跃迁） 吸收波长在100—400nm，为紫外光谱
第二节紫外和可见吸收光谱 紫外光谱及其产生 1.紫外光谱的产生 物质分子吸收一定波长的紫外光时,电子发生跃迁所产生的 吸收光谱称为紫外光谱 100~200nm(远紫外区) 紫外光谱的波长范围为100~400nm 200400m(近紫外区) 可见光谱的波长范围为400~800nm 般的紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收的。σ兀λ*
第二节 紫外和可见吸收光谱 一、紫外光谱及其产生 1．紫外光谱的产生 物质分子吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁所产生的 吸收光谱称为紫外光谱。 紫外光谱的波长范围为100~400nm 100~200nm（远紫外区） 200~400nm（近紫外区） 可见光谱的波长范围为400~800nm 一般的紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收的。σπλ*
2电子跃迁的类型 与电子吸收光谱(紫外光谱)有关的电子跃迁,在有机化合物中 有三种类型,即G电子、π电子和未成键的n电子 电子跃迁类型、吸收能量波长范围、与有机物关系如下 跃迁类型 吸收能量的波长范围 有机物 150nm 烷烃 低于200nm 醇,醚 π(孤立) 低于200nm 乙烯d62nm)丙酮d88mm 共轭) 200~400nm 丁二烯②217mm)苯(255nm) 200~400nm 丙酮295m)乙醛(02m 可以看出,电子跃迁前后两个能级的能量差值△E越大,跃迁所 需要的能量也越大,吸收光波的波长就越短
2.电子跃迁的类型 与电子吸收光谱（紫外光谱）有关的电子跃迁，在有机化合物中 有三种类型，即σ电子、π电子和未成键的n电子。 电子跃迁类型、吸收能量波长范围、与有机物关系如下： 跃迁类型 吸收能量的波长范围 有机物 σ σ * π * n σ * π π * π n * π （孤立） （共轭） ~150nm 低于200nm 低于200nm 200~400nm 200~400nm 烷烃 醇，醚 乙烯（162nm）丙酮（188nm） 丁二烯（217nm） 苯（255nm） 丙酮 （ ） 乙醛（292nm） （ ） 275nm 295nm 可以看出，电子跃迁前后两个能级的能量差值ΔE越大，跃迁所 需要的能量也越大，吸收光波的波长就越短
朗勃特比尔定律和紫外光谱图 1. Lambert-Beer定律 当我们把一束单色光(I0)照射溶液时,一部分光(Ⅰ)通过 溶液,而另一部分光被溶液吸收了。这种吸收是与溶液中物质 的浓度和液层的厚度成正比,这就是朗勃特一比尔定律。用数 学式表式为 A=EcL=-log A=-log÷:吸光度(吸收度); c:溶液的摩尔浓度(mol/L) L:液层的厚度; E:吸收系数(消光系数)
二、朗勃特—比尔定律和紫外光谱图 1．Lambert-Beer定律 当我们把一束单色光（I0）照射溶液时，一部分光（I）通过 溶液，而另一部分光被溶液吸收了。这种吸收是与溶液中物质 的浓度和液层的厚度成正比，这就是朗勃特—比尔定律。用数 学式表式为： A=EcL= log I I o A= log I I o ：吸光度（吸收度）； c：溶液的摩尔浓度（mol/L） L：液层的厚度； E：吸收系数（消光系数）
若化合物的相对分子量已知,则用摩尔消光系数ε=E×M来 表示吸收强度,上式可写成。 AeCL=-log
若化合物的相对分子量已知，则用摩尔消光系数ε=E×M来 表示吸收强度，上式可写成。 A= cL= log I I o ε
2.紫外光谱的表示方法 应用紫外光谱仪,使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液, 分别测得消光系数E或ε 以摩尔消光系数ε或logε为纵坐标。以波长(单位nm)为 横坐标作图得紫外光谱吸收曲线,即紫外光谱图。如下图: 或 4 200240280320360400 入/nm
2．紫外光谱的表示方法 应用紫外光谱仪，使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液， 分别测得消光系数E或ε。 以摩尔消光系数ε或Iogε为纵坐标。以波长（单位nm）为 横坐标作图得紫外光谱吸收曲线，即紫外光谱图。如下图： ε 或 Iogε 0 4 8 12 200 240 280 320 360 400 λ / nm
在紫外光谱图中常常见到有R、K、B、E等字样,这是表示不同 的吸收带,分别称为R吸收带,K吸收带,B吸收带和E吸收带。 R吸收带为n→π*跃迁引起的吸收带,其特点是吸收强度弱。 emax10000。共轭双键增加,λmax向长波方向移动,εmax 也随之增加。 B吸收带为苯的n→π跃迁引起的特征吸收带,为一宽峰,其 波长在230~270nm之间,中心再254nm,约为204左右 E吸收带为把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键n-π忯迁引起的吸 收带
在紫外光谱图中常常见到有R、K、B、E等字样,这是表示不同 的吸收带，分别称为R吸收带，K吸收带，B吸收带和E吸收带。 R吸收带为 跃迁引起的吸收带，其特点是吸收强度弱。 εmax 10000。共轭双键增加，λmax向长波方向移动，εmax 也随之增加。 B吸收带为苯的 跃迁引起的特征吸收带，为一宽峰，其 波长在230~270nm之间，中心再254nm，ε约为204左右。 E吸收带为把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键 跃迁引起的吸 收带。 n π * n π * n π * n π *